波義耳十分重視實驗研究。他認為隻有實驗和觀察才是科學思維的基礎。他總是通過嚴密的和科學的實驗來闡明自己的觀點。在物理學方麵，他對光的顏色、真空和空氣的彈性等進行研究，總結了波義耳氣體定律；在化學方麵，他對酸、堿和指示劑的研究，對定性檢驗鹽類的方法的探討，都頗有成效。他是第一位把各種天然植物的汁液用作指示劑的化學家。石蕊試液、石蕊試紙都是他發明的。他還是第一個為酸、堿下了明確定義的化學家，並把物質分為酸、堿、鹽三類。他創造了很多定性檢驗鹽類的方法，如利用銅鹽溶液是藍色的，加入氨水溶液變成深藍色（銅離子與足量氨水形成銅氨絡離子）來檢驗銅鹽；利用鹽酸和硝酸銀溶液混合能產生白色沉澱來檢驗銀鹽和鹽酸。波義耳的這些發明富有長久的生命力，以至我們今天還經常使用這些最古老的方法。波義耳還在物質成分和純度的測定、物質的相似性和差異性的研究方麵做了不少實驗。在1685年發表的《礦泉水的實驗研究史的簡單回顧》中描述了一套鑒定物質的方法，成為定性分析的先驅。
1670年，波義耳因勞累而中風，之後的健康狀況時好時壞，當無法在實驗室進行研究工作時，他致力於整理他多年從實踐和推理中獲得的知識。隻要身體稍感輕快，就去實驗室做他的實驗或撰寫論文，並以此為樂趣。1680年，他曾被推選為皇家學會的會長，但他謝絕接受這一榮譽。他雖出身貴族，但他一生醉心的卻是在科學研究中工作和生活，他從未結婚，用畢生精力從事對自然科學的探索。1691年12月30日，這位曾為17世紀的化學科學奠定基礎的科學家在倫敦逝世。恩格斯曾對他做出最崇高的評價：“波義耳把化學確定為科學。”